Influência de Instalação Fotovoltaica

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ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA (ICAI) 
MÁSTER EN INGENIERÍA INDUSTRIAL 
Influencia de una instalación 
fotovoltaica en el cálculo de la 
potencia de cortocircuito en los 
nudos de red. 
Directora: M. Inmaculada Blázquez García 
Autora: Ester Palomo Adelantado 
Madrid, agosto 2019 
AUTORIZACIÓN PARA LA DIGITALIZACIÓN, DEPÓSITO Y DIVULGACIÓN EN RED DE PROYECTOS FIN DE 
GRADO, FIN DE MÁSTER, TESINAS O MEMORIAS DE BACHILLERATO 
1º. Declaración de la autoría y acreditación de la misma. 
El autor Dña. Ester Palomo Adelantado 
DECLARA ser el titular de los derechos de propiedad intelectual de la obra: Influencia de una 
instalación fotovoltaica en el cálculo de la potencia de cortocircuito en los nudos de red, que ésta 
es una obra original, y que ostenta la condición de autor en el sentido que otorga la Ley de 
Propiedad Intelectual. 
 
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La obra se pondrá a disposición de los usuarios para que hagan de ella un uso justo y 
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que los usuarios hagan uso de las obras. 
 La Universidad adoptará las medidas necesarias para la preservación de la obra 
en un futuro. 
 La Universidad se reserva la facultad de retirar la obra, previa notificación al autor, 
en supuestos suficientemente justificados, o en caso de reclamaciones de terceros. 
 
Madrid, a 28 de agosto de 2019 
 
ACEPTA 
 
 
 
Fdo: Ester Palomo Adelantado 
 
Motivos para solicitar el acceso restringido, cerrado o embargado del trabajo en el Repositorio 
Institucional: 
 
 
 
 
 
 Declaro, bajo mi responsabilidad, que el Proyecto presentado con el título “Influencia de 
una instalación fotovoltaica en el cálculo de la potencia de cortocircuito en los nudos de red“ 
en la ETS de Ingeniería - ICAI de la Universidad Pontificia Comillas en el 
curso académico 2018/2019 es de mi autoría, original e inédito y 
no ha sido presentado con anterioridad a otros efectos. El Proyecto no es plagio de otro, ni 
total ni parcialmente y la información que ha sido tomada 
de otros documentos está debidamente referenciada. 
 
 
Fdo.: Ester Palomo Adelantado Fecha: 28/ 08/ 2019 
 
 
Autorizada la entrega del proyecto 
EL DIRECTOR DEL PROYECTO 
 
 
Fdo.: M. Inmaculada Blázquez García Fecha: 28/08/2019 
 
 
 
 
 
 
INFLUENCIA DE UNA INSTALACIÓN FOTOVOLTAICA EN EL 
CÁLCULO DE LA POTENCIA DE CORTOCIRCUITO EN LOS 
NUDOS DE RED 
Autor: Palomo Adelantado, Ester. 
Director: Blázquez, Inmaculada. 
Entidad colaboradora: ICAI, Osprel. 
 
RESUMEN DEL PROYECTO 
El cambio climático es una de las preocupaciones más frecuentes de hoy en día. 
Cada vez más, la población es más consciente de la necesidad de un cambio. Las 
fuentes de energía renovables se presentan como una gran oportunidad para intentar 
frenar dicha preocupación. De entre todos los tipos que existen, el siguiente proyecto se 
centra en la energía solar fotovoltaica. 
El objetivo de la energía fotovoltaica, como renovable que es, consiste en poco a 
poco ir sustituyendo a la energía producida por los combustibles fósiles y, de esta 
manera, formar parte de la contribución al mix energético. 
En España la producción de electricidad a través de fuentes fotovoltaicas se 
considera bastante constante desde el año 2012. Aproximadamente la energía producida 
cada año es de 8000 GWh. A pesar de presentar una gran estabilidad, los motivos 
impulsores del uso de energía solar fotovoltaica han cambiado a lo largo de los últimos 
10 años. Antes, los motivos que influenciaron su uso fueron los incentivos y las 
subvenciones públicas junto con las preocupaciones medioambientales y, actualmente, 
los motivos se reflejan en la competitividad tecnológica. 
Parala instalación de una planta fotovoltaica los elementos principales son los 
paneles fotovoltaicos, a través de los cuales se capta la radiación solar para 
transformarla en energía eléctrica. Este tipo de fuente eléctrica renovable presenta un 
comportamiento especial, ya que la energía que se produce se encuentra en forma de 
corriente continua. Para su conexionado a la red se van a necesitar inversores capaces de 
transformar dicha energía eléctrica continua en alterna. También es necesario incluir 
protecciones y medidas de control para el funcionamiento correcto de la planta. 
Con este proyecto se pretende mostrar la influencia de una planta fotovoltaica en 
el comportamiento de la red eléctrica. No únicamente su normal funcionamiento, si no 
también, cuando se producen faltas en la red. Resulta interesante estudiar el impacto que 
una fuente de energía renovable crea cuando se conecta a la red. Para ello, es necesario 
solicitar primero el acceso de conexión a la red eléctrica. Es aquí donde surge la 
motivación del proyecto, solventar las posibles diferencias en cuanto a la aportación de 
corriente y potencia de cortocircuito por parte de la planta a la red, entre la compañía 
que permite el acceso a la red y la empresa propietaria de la planta fotovoltaica. Con 
este proceder se busca evitar denegaciones de conexión a la red eléctrica. 
Por ello, a lo largo del proyecto se ha realizado un estudio de la intensidad de 
cortocircuito máxima aportada en caso de falta, así como la potencia de cortocircuito, de 
manera desglosada, cuando se producen contingencias en los distintos nudos de red. De 
esta manera se puede saber en todo momento cuál es la máxima corriente que aporta 
cada inversor, así como la máxima potencia de cortocircuito que circula por la red en 
caso de cualquier falta en la misma. 
Para la realización de todos los cálculos se ha utilizado el programa de 
simulación de redes eléctricas PSSE. El inversor utilizado en el proyecto es el modelo 
FS2400CH15-52840, de Power Electronics. En PSSE, el inversor fotovoltaico se simula 
con un generador, fijando la inyección de potencia activa y reactiva a la salida. 
La topología de la red ha sido diseñada de manera aleatoria y cuenta con 16 
nudos, 7 generadores, un nudo de carga y 8 transformadores. La planta fotovoltaica se 
representa con 6 generadores y presentan un nivel de tensión de 645 V y 2,6 MVA de 
potencia cada uno. Cada generador se conecta con un transformador elevador de 645 V 
a 20 kV. A continuación, la planta se une a la red con un transformador de 16 MVA que 
vuelve a elevar la tensión hasta 132 kV. En dicho nudo se encuentra una carga 
conectada. Finalmente, con ayuda de otro transformador la tensión se eleva hasta un 
nivel de 400 kV, donde se encuentra una red infinita. 
En una primera parte del proyecto se ha comprobado el funcionamiento en 
condiciones normales. Se han estudiado diferentes casos donde la tensión en los nudos 
de generación PV aumentan o disminuyen con respecto a sus tensiones nominales. 
También se ha comprobado el aumento de las pérdidas en la red por los flujos de 
potencia reactiva en las líneas al aumentar las tensiones en los nudos. El aumento de 
demanda en la red también impacta en la red produciendo la disminución de tensiones 
en nudos de demanda y aumentando las pérdidas de reactiva. En cuanto al nudo slack, 
éste siempre mantiene su valor de tensión de consigna asignado. En referencia a la 
planta fotovoltaica, los generadores son muy sensibles al aumento o disminución de 
tensiones ya que sus límites de generación de potencia reactiva están fijados en valores 
muy pequeños. Por este motivo, frente a cambios muy bruscos de tensión en los nudos, 
los generadores fotovoltaicos saturan. 
En una segunda parte, se presenta un estudio detallado del análisis de 
contingencias para la red eléctrica anterior. De entre los 4 tipos de contingencias que 
nos podemos encontrar en la red (falta monofásica, falta bifásica, bifásica a tierra y falta 
trifásica), se ha decidido estudiar la última ya que es el tipo de falta que mayores 
corrientes de cortocircuito proporciona. 
Se han estudiado diferentes escenarios en los cuales se ha partido del caso en el 
que la planta solar fotovoltaica se encuentra totalmente conectada y se han ido 
desconectado generadores hasta finalmente tener la planta totalmente desconectada. A 
medida que se desconecta la planta y, por tanto, que la generación total va 
disminuyendo, los valores de potencia y corriente de cortocircuito aportada a cada nudo 
y que circula por la red disminuye también. 
Se calcula la corriente máxima que circula a través de cada inversor fotovoltaico, 
siendo esta del valor de 1 pu en el régimen permanente. Si se analiza para el régimen 
transitorio, que es cuando se obtienen los mayores valores de corriente, se observa que 
el máximo se corresponde con 1,1 pu, tal y como muestra el catálogo del inversor 
utilizado. Dichos valores únicamente se alcanzan cuando la falta tiene lugar en un nudo 
de generación fotovoltaica. Si la falta se da en cualquier otro nudo de red la aportación 
individual de cada generador fotovoltaico es mucho menor. 
A través de la electrónica de potencia de los inversores, se fijan los parámetros 
correspondientes para obtener los valores de 1 pu y 1,1 pu a la salida. En el proyecto, 
dichos valores se fijan con las impedancias subtransitorias, transitorias y síncronas de 
cada generador fotovoltaico. 
Los valores máximos de las aportaciones totales de corrientes de cortocircuito 
cuando se da una falta en un nudo, tienen lugar en los nudos de menor nivel de tensión y 
potencia, en este caso, en los nudos de la planta fotovoltaica. También la máxima 
aportación proviene de los nudos de mayores niveles de tensión. En cuanto a la potencia 
de cortocircuito, la potencia es mayor en nudos con mayores niveles de tensión nominal. 
La intensidad y potencia aportada en un nudo de falta depende también de la 
tensión del propio nudo antes de ocurrir la falta. Si la tensión de prefalta es mayor, la 
intensidad y potencia serán mayores. En caso contrario, menores. 
Finalmente, se concluye que la aportación máxima a la red eléctrica cuando se 
conecta una planta solar fotovoltaica como la descrita en el proyecto, es de 15 MVA y 
se corresponde con el valor de potencia nominal de la misma. Se produce cuando tiene 
lugar una falta trifásica en un nudo fotovoltaico y dicha potencia representa únicamente 
un 20 % de toda la potencia aportada al nudo. 
INFLUENCE OF A PHOTOVOLTAIC SYSTEM ON THE 
CALCULATION OF THE SHORT-CIRCUIT POWER AT THE 
GRID NODES 
Climate change is one of the most frequent concerns today. Increasingly, people 
are becoming more aware of the need for change. Renewable energy sources present 
themselves as a great opportunity to try to curb this concern. Of all the existing types, 
the following project focuses on photovoltaic solar energy. 
The objective of the photovoltaic energy, as a renewable energy, is to gradually 
replace the energy produced by fossil fuels and thus form part of the contribution to the 
energy mix. 
In Spain the production of electricity through photovoltaic sources is considered 
fairly constant since 2012. Approximately the energy produced each year is 8000 GWh. 
Despite great stability, the driving forces behind the use of photovoltaic solar energy 
have changed over the past 10 years. Previously, the motives that influenced its use 
were public incentives and subsidies along with environmental concerns and, today, the 
motives are reflected in technological competitiveness. 
For the installation of a photovoltaic plant the main elements are the 
photovoltaic panels, through which the solar radiation is captured to transform it into 
electrical energy. This type of renewable electrical source presents a special behavior, 
since the energy that is produced is in the form of directcurrent. In order to be 
connected to the grid, inverters capable of transforming this continuous electrical energy 
into alternating current are needed. It is also necessary to include protections and control 
measures for the correct operation of the plant. 
This project aims to show the behavior of the electricity grid when a 
photovoltaic plant is connected. Not only its normal operation, but also when there are 
faults in the network. It is interesting to study the impact that a renewable energy source 
creates when it is connected to the grid. To do this, firstly, it is necessary to request 
access to the grid connection. It is here where the motivation of the project arises, to 
solve the possible differences for the contribution of current and power of short circuit 
from the plant to the network, between the company that allows the access to the 
network and the company that owns the photovoltaic plant. With this procedure, denials 
of connection to the electricity grid can be avoided. 
For this reason, throughout the project a study of the maximum short-circuit 
intensity provided in the event of a fault, as well as the short-circuit power, in a detailed 
manner, when contingencies occur at the different network nodes has been carried out. 
In this way, the maximum current supported by each inverter can be known at any time, 
as well as the maximum short-circuit power circulating through the grid in the event of 
any fault. 
The PSSE power grid simulation software was used to perform all the 
calculations. The inverter used in the project is the model FS2400CH15-52840, from 
Power Electronics. In PSSE, the photovoltaic inverter is simulated with a generator, 
fixing the injection of active and reactive power to the output. 
The topology of the network has been designed randomly and has 16 nodes, 7 
generators, a load node and 8 transformers. The photovoltaic plant is represented by 6 
generators with a voltage level of 645 V and 2.6 MVA of power each. Each generator is 
connected to a 645 V to 20 kV step-up transformer. The plant is then connected to the 
grid with a 16 MVA transformer that raises the voltage back up to 132 kV. A load is 
connected at this node. Finally, with the help of another transformer, the voltage is 
raised to a level of 400 kV, where there is an infinite network. 
In the first part of the project the operation under normal conditions has been 
checked. Different cases have been studied where the voltage at the PV generation 
nodes increases or decreases with respect to their nominal voltages. There has also been 
an increase in network losses due to reactive power flows in the lines as the voltages at 
the nodes increase. The increase of the demand in the network also impacts on the grid 
producing a decrease in tensions in the demand nodes and increasing reactive losses. As 
for the slack node, it always maintains its assigned set point voltage value. In reference 
to the photovoltaic plant, the generators are very sensitive to the increase or decrease of 
tensions since their limits of reactive power generation are fixed in very small values. 
For this reason, in the face of very sudden changes in voltage at the nodes, photovoltaic 
generators become saturated. 
The second part presents a detailed study of the contingency analysis for the 
previous electricity grid. Of the 4 types of contingencies that can be found in the 
network (single-phase fault, two-phase fault, two-phase ground fault and three-phase 
fault), it has been decided to study the latter since it is the type of fault that provides the 
greatest short-circuit currents. 
Different scenarios have been studied in which the starting point has been the 
case in which the photovoltaic solar plant is totally connected and generators have been 
disconnected until finally having the plant totally disconnected. As the plant is 
disconnected and, therefore, the total generation decreases, the values of power and 
short-circuit current supplied to each node and circulating through the network also 
decreases. 
The maximum current circulating through each photovoltaic inverter is 
calculated, being this of the value of 1 pu in the permanent regime. If it is analyzed for 
the transitory regime, which is when the highest current values are obtained, it is 
observed that the maximum corresponds to 1.1 pu, as shown in the catalogue of the 
inverter used. These values are only reached when the fault occurs at a photovoltaic 
generation node. If the fault occurs in any other grid node, the individual contribution of 
each photovoltaic generator is much lower. 
Through the power electronics of the inverters, the corresponding parameters are 
set to obtain the values of 1 pu and 1.1 pu at the output. In the project, these values are 
fixed with the subtransitory, transitory and synchronous impedances of each 
photovoltaic generator. 
The maximum values of the total contributions of short-circuit currents when 
there is a fault in a node take place in the nodes with the lowest level of voltage and 
power, in this case, in the nodes of the photovoltaic plant. The maximum contribution 
also comes from the nodes with the highest voltage levels. As far as short-circuit power 
is concerned, the power is greater in nodes with higher nominal voltage levels. 
The intensity and power provided in a fault node also depends on the tension of 
the node itself before the fault occurs. If the voltage is higher, the intensity and power 
will be higher. Otherwise, lower. 
Finally, it is concluded that the maximum contribution to the electricity grid 
when connecting a photovoltaic solar plant as described in the project, is 15 MVA and 
corresponds to the nominal power value of it. It takes place when a three-phase fault 
occurs in a photovoltaic node and this power represents only 20% of all the power 
supplied to the node. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ÍNDICE 
1. Introducción ........................................................................................................................ 19 
2. Estado de la cuestión .......................................................................................................... 21 
2.1 Evolución energía solar fotovoltaica ........................................................................... 21 
2.2 Funcionamiento de una planta fotovoltaica ............................................................... 23 
2.3 Conversión de la electricidad ...................................................................................... 23 
2.4 Tipos de inversores ..................................................................................................... 24 
3. Descripción de la red: .......................................................................................................... 25 
3.1 Planta fotovoltaica ...................................................................................................... 25 
3.1.1 Inversor .................................................................................................................. 25 
3.1.2 Transformador 645V/20kV .................................................................................... 26 
3.1.3 Transformador 20kV/132kV .................................................................................. 27 
3.1.4 Transformador 132kV/400kV ................................................................................ 27 
4. Parámetros PSSE ................................................................................................................. 29 
4.1 Ensayo de vacío ........................................................................................................... 30 
4.2 Ensayo de cortocircuito ............................................................................................... 31 
5. Cálculos PSSE .......................................................................................................................34 
5.1 Funcionamiento normal de la planta .......................................................................... 34 
5.1.1 Caso base ............................................................................................................... 34 
5.1.2 Caso 1a y 1b ........................................................................................................... 36 
5.1.3 Caso 1c y 1d ........................................................................................................... 39 
5.2 Estudio de contingencias ............................................................................................. 43 
5.2.1 Descripción de parámetros de red en caso de falta .............................................. 44 
5.2.2 Impedancias de cortocircuito ................................................................................ 48 
5.2.3 Análisis de contingencias en PSSE ......................................................................... 51 
5.2.3.1.1 Caso 1 ....................................................................................................... 53 
5.2.3.1.2 Caso 2 ....................................................................................................... 58 
5.2.3.1.3 Resultados primer análisis ........................................................................ 62 
5.2.3.1.4 Resultados segundo análisis ..................................................................... 64 
5.2.3.1.4.1 Cálculos en nudos T ............................................................................... 64 
5.2.3.1.5 Resultados tercer análisis ......................................................................... 69 
5.2.3.1.5.1 Cálculo en nudo PV ............................................................................... 70 
5.2.3.1.5.2 Cálculo en nudo GRID ............................................................................ 72 
5.2.3.1.5.3 Cálculo en nudo LOAD ........................................................................... 73 
5.2.3.1.5.4 Cálculo 3 nudo INFINITE......................................................................... 75 
6. Conclusiones........................................................................................................................ 78 
7. Bibliografía .......................................................................................................................... 81 
8. Anexos ................................................................................................................................. 82 
 
Índice de ecuaciones 
Ecuación 1: Cálculo potencia salida inversor .............................................................................. 29 
Ecuación 2: Ensayo de vacío ........................................................................................................ 30 
Ecuación 3: Ensayo de cortocircuito ........................................................................................... 31 
Ecuación 4: Potencia de cortocircuito ......................................................................................... 44 
 
Índice de ilustraciones 
Ilustración 1: Flujos de inversión ................................................................................................. 21 
Ilustración 2: Evolución de generación renovable en España (GWh) ......................................... 22 
Ilustración 3: El mercado PV crece y los motivos impulsores cambian ...................................... 22 
Ilustración 4: Esquema planta fotovoltaica ................................................................................. 23 
Ilustración 5: Comportamiento característico de una fuente fotovoltaica ................................ 24 
Ilustración 6: Esquema unifilar de la red ..................................................................................... 25 
Ilustración 7: Representación inversor ....................................................................................... 30 
Ilustración 8: Representación PSSE transformador .................................................................... 30 
Ilustración 9: Simulación red en PSSE ......................................................................................... 33 
Ilustración 10: Potencia reactiva generada en caso base ........................................................... 35 
Ilustración 11: Potencia reactiva generada en caso 1a ............................................................... 36 
Ilustración 12: Potencia reactiva generada en la planta caso 1b ................................................ 37 
Ilustración 13: Pérdidas potencia reactiva en la red casos 1 a y b .............................................. 38 
Ilustración 14: Potencia reactiva generada en caso 1c y PLOAD= 200 MW ............................... 39 
Ilustración 15: Potencia reactiva generada en caso 1c y PLOAD= 400 MW ............................... 40 
Ilustración 16: Pérdidas potencia reactiva en la red caso 1c ...................................................... 41 
Ilustración 17: Potencia reactiva generada en caso 1c y QLOAD= 25 Mvar ............................... 41 
Ilustración 18: Potencia reactiva generada en caso 1c y QLOAD= 50 Mvar ............................... 42 
Ilustración 19: Pérdidas potencia reactiva en la red caso 1d ...................................................... 43 
Ilustración 20: Esquema falta monofásica Ilustración 21: Esquema falta bifásica .......... 43 
Ilustración 22: Esquema falta bifásica a tierra Ilustración 23: Esquema falta trifásica ........ 44 
Ilustración 24: Ejemplo de descomposición de fasores en componentes de secuencia directa 45 
Ilustración 25: Modelado de generadores para análisis de faltas en PSSE ................................. 46 
Ilustración 26: Corriente de cortocircuito en un Generador síncrono ........................................ 47 
Ilustración 27: Representación circuito secuencia positiva y negativa transformador .............. 48 
Ilustración 28: Representación circuito secuencia cero transformador Dyn11 .......................... 48 
Ilustración 29: Valores impedancias cálculo de faltas generadores PV ...................................... 48 
Ilustración 30: Valores impedancias cálculo de faltas generador infinito .................................. 49 
Ilustración 31: Valores impedancias cálculo de faltas transformador 132/400kV ..................... 49 
Ilustración 32: Valores impedancias cálculo de faltas transformador 20/132kV ....................... 50 
Ilustración 33: Valores impedancias cálculo de falta transformador 0,645/20kV ...................... 50 
Ilustración 34: SEQD con reactancias síncronas caso base ......................................................... 51 
Ilustración 35: SEQD con reactancias subtransiente caso base .................................................. 51 
Ilustración 36: Opciones usadas en ASCC caso base y reactancia síncrona ................................ 52 
Ilustración 37: Opciones usadas en ASCC caso base y reactancia subtransitoria ....................... 52 
Ilustración 38: Resultados Icc en cada nudo falta trifásica caso base, caso 1a y caso1b............ 53 
Ilustración 39: Resultados Icc en cada nudo falta trifásica caso base, caso 1a y caso 1b ........... 55 
Ilustración 40: Potencia cortocircuito en PV caso base, 1a y 1b ................................................. 57 
Ilustración 41: Escenario 1cálculo corrientes de cortocircuito ................................................... 58 
Ilustración 42: Escenario 2 cálculo de corrientes de cortocircuito ............................................. 59 
Ilustración 43: Escenario 3 cálculo de corrientes de cortocircuito ............................................. 59 
Ilustración 44: Escenario 4 cálculo de corrientes de cortocircuito ............................................. 60 
Ilustración 45: Cálculo 1 corrientesde cortocircuito .................................................................. 60 
Ilustración 46: Cálculo 2 corrientes de cortocircuito .................................................................. 61 
Ilustración 47: Cálculo 3 corrientes de cortocircuito .................................................................. 61 
Ilustración 49: Cálculo 1 escenario 1. .......................................................................................... 62 
Ilustración 49: Cálculo 1 escenario 3 ........................................................................................... 63 
Ilustración 50: Cálculo 1 escenario 2 ........................................................................................... 63 
Ilustración 51: Cálculo 2 escenario 1 ........................................................................................... 64 
Ilustración 52: Scc total en nudos T escenario 1 ......................................................................... 65 
Ilustración 53: Scc en nudos T escenario 2 ................................................................................. 66 
/Users/MACU/Documents/ICAI/PFM%202018-19/Ester%20Palomo/Tfm_PalomoAdelantadoEster_revMIBG.doc#_Toc17635613
/Users/MACU/Documents/ICAI/PFM%202018-19/Ester%20Palomo/Tfm_PalomoAdelantadoEster_revMIBG.doc#_Toc17635614
/Users/MACU/Documents/ICAI/PFM%202018-19/Ester%20Palomo/Tfm_PalomoAdelantadoEster_revMIBG.doc#_Toc17635615
Ilustración 54: Cálculo 2 escenario 2 ........................................................................................... 66 
Ilustración 55: Scc en nudos T escenario 3 ................................................................................. 67 
Ilustración 56: Cálculo 2 escenario 3 ........................................................................................... 68 
Ilustración 57: Cálculo 2 escenario 4 ........................................................................................... 68 
Ilustración 58: Scc en nudos T escenario 4 ................................................................................. 69 
Ilustración 59: Itotal nudo PV ...................................................................................................... 70 
Ilustración 60: Cálculo 3 en nudo PV ........................................................................................... 71 
Ilustración 61: Itotal nudo GRID .................................................................................................. 72 
Ilustración 62: Cálculo 3 en nudo GRID ...................................................................................... 73 
Ilustración 63: Itotal nudo LOAD ................................................................................................. 74 
Ilustración 64: Cálculo 3 en nudo LOAD ...................................................................................... 75 
Ilustración 65: Itotal nudo INFINITE ............................................................................................ 75 
Ilustración 66: Cálculo 3 en nudo INFINITE ................................................................................. 76 
Ilustración 67: Scc en los nudos de red ....................................................................................... 77 
 
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Índice de tablas 
Tabla 1: Características inversor PV ............................................................................................ 26 
Tabla 2: Placa de características transformador 645V/20kV ...................................................... 27 
Tabla 3: Placa de características transformador 20kV/132kV .................................................... 27 
Tabla 4: Placa de características transformador 132kV/400kV .................................................. 28 
Tabla 5: P y Q del inversor ........................................................................................................... 29 
Tabla 6: Valores ensayo vacío transformador 645V/20kV .......................................................... 31 
Tabla 7:Valores ensayo vacío transformador 20kV/132kV ......................................................... 31 
Tabla 8: Valores ensayo vacío transformador 132kV/400kV ...................................................... 31 
Tabla 9: Valores ensayo cortocircuito transformador 645V/20kV ............................................. 32 
Tabla 10: Valores ensayo cortocircuito transformador 20kV/132kV .......................................... 32 
Tabla 11: Valores ensayo cortocircuito transformador 132kV/400kV ........................................ 32 
Tabla 12: Resultados nudos PV caso base ................................................................................... 34 
Tabla 13: Resultados nudos PQ caso base .................................................................................. 35 
Tabla 14: Resultados nudo slack caso base ................................................................................. 35 
Tabla 15: Resultados nudos PQ caso 1a ...................................................................................... 36 
Tabla 16: Resultados nudo slack caso 1ª ..................................................................................... 37 
Tabla 17: Resultados nudos PQ caso 1b ...................................................................................... 37 
Tabla 18: Resultados nudo slack caso 1b .................................................................................... 37 
Tabla 19: Resultados nudos PQ caso 1c y PLOAD= 200 MW....................................................... 39 
Tabla 20: Resultados nudo slack caso 1c y PLOAD= 200 MW ..................................................... 39 
Tabla 21: Resultados nudos PQ caso 1c y PLOAD= 400 MW....................................................... 40 
Tabla 22: Resultados nudo slack caso 1c y PLOAD= 400 MW ..................................................... 40 
Tabla 23: Resultados nudos PQ caso 1d y QLOAD= 25 Mvar ...................................................... 42 
Tabla 24: Resultados nudo slack caso 1d y QLOAD= 25 Mvar .................................................... 42 
Tabla 25: Resultados nudos PQ caso 1d y QLOAD= 50 Mvar ...................................................... 42 
Tabla 26: Resultados nudo slack caso 1d y QLOAD= 50 Mvar .................................................... 42 
Tabla 27: Potencia de cortocircuito falta trifásica en cada nudo con impedancia síncrona....... 54 
Tabla 28: Potencia de cortocircuito falta trifásica en cada nudo con impedancia subtransitoria
 ..................................................................................................................................................... 56 
Tabla 29: Itotal en nudos T escenario 1 ...................................................................................... 65 
Tabla 30: Itotal en nudos T escenario 2 ...................................................................................... 66 
Tabla 31: Itotal en nudos T escenario 3 ...................................................................................... 67 
Tabla 32: Itotal en nudos T escenario 4 ...................................................................................... 69 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ester Palomo Adelantado 19 
“ Influencia de una instalación fotovoltaica en el cálculo de la potencia de 
cortocircuito en los nudos de red” 
1. Introducción 
El proyecto consiste en el estudio y el cálculo del aporte de la potencia de 
cortocircuito a la red cuando se conecta a ella unaplanta fotovoltaica. 
Para realizar dicho estudio es preciso conocer el funcionamiento de una planta 
fotovoltaica, así como su conexión a red. También se han estudiado diferentes 
modelos de inversores para finalmente, mediante la simulación en PSSE Xplore 34, 
realizar el cálculo de la potencia que se aporta cuando existe una falta trifásica en 
diferentes puntos de la red, con un único modelo de inversor elegido. 
Los estudios sobre cortocircuitos son muy importantes a la hora de seleccionar 
y diseñar los equipos del sistema, así como los dispositivos de protección del mismo. 
La generación conectada al inversor normalmente se modela como una carga 
negativa o como un generador. En PSSE la configuración de la planta fotovoltaica junto 
con el inversor se modelan con un generador. La generación conectada a un inversor 
se comporta como una fuente de corriente controlable. Las contribuciones de las 
corrientes de falta de los inversores vienen limitadas por el propio inversor y por su 
estrategia de control. 
Con este proyecto se pretende mostrar la influencia de una planta fotovoltaica 
en el comportamiento de la red eléctrica. No únicamente su normal funcionamiento, si 
no también, cuando se producen faltas en la red. Resulta interesante estudiar el 
impacto que una fuente de energía renovable crea cuando se conecta a la red. Para 
ello, es necesario solicitar primero el acceso de conexión a la red eléctrica. Es aquí 
donde surge la motivación del proyecto, solventar las posibles diferencias en cuanto a 
la aportación de corriente y potencia de cortocircuito por parte de la planta a la red, 
entre la compañía que permite el acceso a la red y la empresa propietaria de la planta 
fotovoltaica. Con este proceder se busca evitar denegaciones de conexión a la red 
eléctrica. 
La topología de la red consiste en un modelo aleatorio que contiene una planta 
fotovoltaica y que se determinará durante la realización del proyecto. 
 
1.1 Desarrollo del proyecto 
El proyecto se estructura en 5 partes principales. En primer lugar se presenta el 
estado de la cuestión, donde se muestra una breve descripción del estado actual de la 
energía fotovoltaica y la influencia en el mercado eléctrico. A continuación, se describe 
la red eléctrica diseñada en PSSE junto con los elementos eléctricos utilizados. En 
tercer lugar, para mostrar el funcionamiento normal de la planta, se ha decidido 
realizar un análisis de cinco casos diferentes en el cual se han variado algunos 
parámetros de la red. 
 
Ester Palomo Adelantado 20 
“ Influencia de una instalación fotovoltaica en el cálculo de la potencia de 
cortocircuito en los nudos de red” 
Posteriormente, comienza el análisis de contingencias de la red. Primeramente, 
se quiere demostrar si la corriente de cortocircuito que aporta el inversor de la planta 
fotovoltaica supera su corriente nominal, y, en segundo lugar, se estudia la influencia 
en cuanto a potencia de cortocircuito de la planta solar en la red eléctrica. Para ello, se 
analizan diferentes casos con diferentes escenarios cada uno. Los resultados se 
plasman en diferentes gráficas con el objetivo de presentar todas las conclusiones a las 
que se han llegado en el último apartado del proyecto. 
 
 
Ester Palomo Adelantado 21 
“ Influencia de una instalación fotovoltaica en el cálculo de la potencia de 
cortocircuito en los nudos de red” 
2. Estado de la cuestión 
2.1 Evolución energía solar fotovoltaica 
Es cada vez más frecuente el uso de fuentes de energía renovables para la 
producción de electricidad en el mundo. El objetivo principal que se persigue es la 
reducción de las emisiones de dióxido de carbono así como el ahorro económico. 
Estimaciones procedentes de UNEF reflejan que en el 2040 las mayores inversiones 
irán destinadas para la producción de energía con fuentes eólicas y fotovoltaicas [1]. 
 
 
Ilustración 1: Flujos de inversión 
 
Europa ocupa el segundo puesto con mayor potencia fotovoltaica instalada, 
después de China, siendo Alemania el país líder europeo y España el quinto. 
En España la producción de electricidad mediante fuentes fotovoltaicas se 
considera constante desde 2012. Esta cifra resulta en un valor aproximadamente de 
8000 GWh cada año, lo que refleja la estabilidad de la energía solar fotovoltaica en 
torno a un 3 % de contribución al mix energético desde el año 2012 hasta hoy. 
 
 
Ester Palomo Adelantado 22 
“ Influencia de una instalación fotovoltaica en el cálculo de la potencia de 
cortocircuito en los nudos de red” 
 
Ilustración 2: Evolución de generación renovable en España (GWh) 
 
Fue en el año 2014 cuando se produjo un cambio en los motivos de expansión 
del mercado fotovoltaico. Primeramente, los impulsores históricos fueron los 
incentivos y las subvenciones públicas junto con las preocupaciones 
medioambientales; por otro lado, actualmente el principal impulsor es la 
competitividad de la tecnología ( la demanda eléctrica creciente en economías 
emergentes, la combinación energética equilibrada, reserva de los combustibles fósiles 
para la exportación, la independencia energética, acceso a la electricidad, paridad de 
red y la viabilidad económica). Éste no puede ser el idealismo "verde" ni las 
subvenciones, si no, la motivación para el mejor funcionamiento del sistema en 
relación al coste, flexibilidad y la contaminación [2]. 
 
 
 
 Ilustración 3: El mercado PV crece y los motivos impulsores cambian 
 
Impulsores históricos 
Impulsores 
actuales 
 
Ester Palomo Adelantado 23 
“ Influencia de una instalación fotovoltaica en el cálculo de la potencia de 
cortocircuito en los nudos de red” 
2.2 Funcionamiento de una planta fotovoltaica 
Un sistema solar fotovoltaico se compone por un generador fotovoltaico, 
inversores, protecciones y por el conexionado a red. A través de las células PV que 
contiene el generador fotovoltaico se capta la radiación solar y se transforma en 
energía eléctrica. 
Dicha energía se produce en corriente continua, por lo que será necesario el 
uso de inversores DC/AC para transformarla en corriente alterna, para su posterior 
conexionado a la red eléctrica. [3] 
 
Ilustración 4: Esquema planta fotovoltaica 
 
2.3 Conversión de la electricidad 
La conversión de la electricidad PV constituye un suministro eficiente y 
controlado de energía eléctrica desde los módulos PV a la carga del sistema. La 
radiación solar es captada por una célula PV que genera corriente eléctrica dentro del 
sistema. Dicha célula PV consiste en una fuente de intensidad. Por su naturaleza, el 
generador PV entrega su máxima potencia de salida cuando trabaja a tensión 1 pu (ver 
ilustración 5). También influyen en la potencia de salida las condiciones ambientales ( 
temperatura células PV, intensidad de la radiación,..).Cuanto menos temperatura de la 
célula o más intensa es la radiación, mayor es la potencia que se genera a la salida. 
El comportamiento del inversor PV viene determinado por el control en su 
electrónica de potencia. En concreto en una característica denominada seguimiento 
del punto de máxima potencia (MPPT), con la que el convertidor controla la potencia a 
la salida. Variando la tensión consigue que dicha potencia cambie también. 
 
 
 
Ester Palomo Adelantado 24 
“ Influencia de una instalación fotovoltaica en el cálculo de la potencia de 
cortocircuito en los nudos de red” 
 
 
 
Ilustración 5: Comportamiento característico de una fuente fotovoltaica 
 
Se encuentran diferentes modelos de inversores. Las células se unen en serie 
para formar un módulo o panel PV ( de 2 a 96 células). De esta manera se facilita el 
proceso de la electricidad al tener tensiones más elevadas. Estos paneles presentan 
entre 5-350W, los cuales también se van conectando en serie para formar cadenas 
fotovoltaicas. 
Las normas de seguridad limitan la tensión máxima de la cadena PV respecto a 
tierra a1000V/1500V en la Unión Europea, lo que a su vez define la potencia máxima 
de la cadena. Una cadena de 1000 V proporciona una potencia nominal de 5kW de CC, 
por este motivo los inversores PV comerciales para cadenas múltiples presentan 
valores múltiplos de 5 kW. 
2.4 Tipos de inversores 
 Micro inversores (1-4 módulos PV). Se utiliza un inversor para cada 
panel solar.. 
 Inversores de cadena: inversores mono a trifásicos que interconectan de 
1-20 cadenas PV. Dichos paneles se conectan en serie al inversor 
eléctrico. Es el inversor más común. 
 Inversores centrales trifásicos: con valores nominales mayores a 100 
kVA 
Tensión PV (pu) 
In
te
n
si
d
ad
 P
V
 (
p
u
) 
y 
p
o
te
n
ci
a 
(p
u
) 
 
 
Ester Palomo Adelantado 25 
“ Influencia de una instalación fotovoltaica en el cálculo de la potencia de 
cortocircuito en los nudos de red” 
3. Descripción de la red: 
A continuación se presenta la descripción de la red utilizada en el proyecto. Es 
el resultado obtenido tras diferentes pruebas y ensayos utilizando distintos valores 
nominales para los elementos eléctricos empleados, es decir, los transformadores, 
líneas, cargas, generadores e inversores. 
 
Ilustración 6: Esquema unifilar de la red 
 
El proyecto se basa en una red sencilla de 16 nudos, 7 generadores, un nudo de 
carga y 8 transformadores. La planta fotovoltaica se representa con 6 generadores; y, 
cada uno con un transformador elevador de 645V a 20 kV. A continuación, la planta se 
une a la red con un transformador de 16 MVA que vuelve a elevar la tensión hasta 132 
kV. En dicho nudo se encuentra una carga conectada. Finalmente, con ayuda de otro 
transformador la tensión se eleva hasta un nivel de 400 kV, donde se encuentra una 
red infinita. 
3.1 Planta fotovoltaica 
3.1.1 Inversor 
 El inversor utilizado en el proyecto es el modelo FS2400CH15, de Power 
Electronics [4]. Sus características técnicas son las siguientes: 
 
 
2,6MVA 
645V/20kV 
16MVA 
132kV/20kV 
150MVA 
400kV/132kV 
 
Ester Palomo Adelantado 26 
“ Influencia de una instalación fotovoltaica en el cálculo de la potencia de 
cortocircuito en los nudos de red” 
Inversor para potencia de hasta 2584 kVA 
Nº módulos 6 
Serie Freesun HEC V1500 
Modelo FS2400CH15-52840 
Eficiencia Máxima PAC, nom (ɳ) 98,7% 
Grado de protección IP54 
Frecuencia de operación 50Hz/60Hz 
Características a la entrada 
Rango de tensión MPPt(Vdc) 913V-1310V 
Tensión máxima Vdc 1500V 
Máxima intensidad corriente continua (A) 3210A 
Máxima intensidad de cortocircuito (A) 4650A 
Características a la salida 
Potencia nominal AC 2584 kVA 
Tensión 645 Vac 
Inominal (A) 2328A 
Imáxima (A) 2570A 
Tabla 1: Características inversor PV 
 
3.1.2 Transformador 645V/20kV 
Cada inversor se conecta con un transformador capaz de elevar la tensión de la 
salida hasta 20kV. También, de Power Electronics, y presenta las siguientes 
características [4]: 
 
Transformador de aceite de 2600 kVA 
Modelo TR2600-20000/1x645 – 52840 
Lado Baja Tensión 645 Vac 
Lado Alta Tensión 20 kV 
Potencia 2600 kVA 
 
Ester Palomo Adelantado 27 
“ Influencia de una instalación fotovoltaica en el cálculo de la potencia de 
cortocircuito en los nudos de red” 
Transformador de aceite de 2600 kVA 
Tipo de transformador ONAN oil (outdoor) 
Conexión Dyn11 
Frecuencia 50 Hz 
Tensión de cortocircuito 10% 
Potencia de cortocircuito 26500W 
Intensidad en vacío 0,9% 
Potencia en vacío 3800W 
Tabla 2: Placa de características transformador 645V/20kV 
 
3.1.3 Transformador 20kV/132kV 
 A continuación, la planta fotovoltaica se conecta a la red. Para ello se utiliza un 
transformador con una potencia de 16 MVA [5]. 
 
Transformador de 16 MVA 
Lado Baja Tensión 20 kV 
Lado Alta Tensión 132 kV 
Potencia 16 MVA 
Conexión Dyn11 
Frecuencia 50 Hz 
Tensión de cortocircuito 25% 
Potencia de cortocircuito 50 kW 
Intensidad en vacío 0,9 % 
Potencia en vacío 25 W 
Tabla 3: Placa de características transformador 20kV/132kV 
 
3.1.4 Transformador 132kV/400kV 
Finalmente, la planta se conecta a una red infinita, a través del nudo slack o 
swing [6]. 
 
Ester Palomo Adelantado 28 
“ Influencia de una instalación fotovoltaica en el cálculo de la potencia de 
cortocircuito en los nudos de red” 
 
Transformador 132 kV/ 400 kV 
Lado Baja tensión 132 kV 
Lado Alta tensión 400kV 
Potencia 150 MVA 
Conexión Dyn11 
Frecuencia 50 Hz 
Tensión de cortocircuito 10% 
Potencia de cortocircuito 224kW 
Intensidad en vacío 0,5% 
Potencia en vacío 100 kW 
Tabla 4: Placa de características transformador 132kV/400kV 
 
 
Ester Palomo Adelantado 29 
“ Influencia de una instalación fotovoltaica en el cálculo de la potencia de 
cortocircuito en los nudos de red” 
4. Parámetros PSSE 
Para el análisis y el estudio de la red descrita anteriormente, se utiliza el 
programa de simulación PSSE. 
Al iniciar el programa se introducen los valores de las bases del sistema y de la 
frecuencia, siendo éstos, 100 MVA y 50Hz, respectivamente. 
En PSSE, el modelado del inversor se representa con un generador, fijando la 
inyección de potencia activa y reactiva a la salida. La salida siempre es alterna, 
independientemente de si representa un generador fotovoltaico que produce en 
continua. Para ello es necesario conocer los valores nominales y máximos de potencia 
a la salida del inversor. Teniendo en cuenta que la potencia reactiva es muy pequeña, 
se establece un cos φ de 0,98 [7]. 
P = S · cos φ 
Q = S · sen φ 
Ecuación 1: Cálculo potencia salida inversor 
Sustituyendo: 
PGEN = 2,584 · 0,98 = 2,5 MW 
QGEN = 2,584 · 0,2 = 0,52 Mvar 
La potencia máxima se calcula teniendo en cuenta SMÁX = 2860 KVA 
 
PGEN QGEN PMÁX PMÍN QMÁX QMÍN 
2,5 MW 0,52 Mvar 2,80 MW 0 MW 0,90 Mvar -0,90 Mvar 
Tabla 5: P y Q del inversor 
Como los convertidores son fuentes de corriente a la frecuencia fundamental 
es práctico que los valores de impedancia del generador tomen valores muy elevados 
para así evitar problemas de estabilidad numérica. En este proyecto únicamente se 
utiliza PSS/E estático, por lo tanto, dichos problemas no deberían existir. En este caso, 
se usan valores más bajos: 
R= 0,05 pu 
X= 0,025 pu 
 
Ester Palomo Adelantado 30 
“ Influencia de una instalación fotovoltaica en el cálculo de la potencia de 
cortocircuito en los nudos de red” 
 
Ilustración 7: Representación inversor 
 
Los transformadores que vienen a continuación presentan la misma conexión 
los tres, Dyn11. Es importante que uno de los dos arrollamientos esté en triángulo para 
no dejar pasar la corriente homopolar (Teorema Fortesquieu). De esta manera se 
filtran los armónicos triples y limita la corriente de cortocircuito. La corriente 
homopolar se queda circulando por el triángulo y no pasa al otro lado [8]. 
 
Ilustración 8: Representación PSSE transformador 
 
Para los ensayos de cortocircuito y de vacío de los transformadores se 
necesitan los siguientes cálculos [5]: 
4.1 Ensayo de vacío 
 
 
 
Ecuación 2: Ensayo de vacío 
 
 
 
Ester Palomo Adelantado 31 
“ Influencia de una instalación fotovoltaica en el cálculo de la potencia de 
cortocircuito en los nudos de red” 
Transformador 645V/20kV, 2,6 MVA 
I0 0,9 % Zm 111,11 pu 
U0 1 pu rms 18,52 pu 
P0 0,15 % xms 109,56 pu 
Tabla 6: Valores ensayo vacío transformador 645V/20kV 
 
Transformador 20 kV/132kV, 16 MVA 
I0 0,9 % Zm 111,11 pu 
U0 1 pu rms 19,75 pu 
P0 0,16 % xms 109,34 pu 
Tabla 7:Valores ensayo vacío transformador 20kV/132kV 
 
Transformador 132kV/400kV, 150 MVA 
I0 0,5 % Zm 200 pu 
U0 1 pu rms 40 pu 
P0 0,1 % xms 195,96 pu 
Tabla 8: Valores ensayo vacío transformador 132kV/400kV 
 
En todos los transformadores, al ser muy elevado el valor de la impedancia de 
magnetización, se desprecia. 
4.2 Ensayo de cortocircuito 
 
 
 
Ecuación 3: Ensayo de cortocircuito 
 
Ester Palomo Adelantado 32 
“ Influencia de una instalaciónfotovoltaica en el cálculo de la potencia de 
cortocircuito en los nudos de red” 
 
Transformador 645V/20kV, 2,6 MVA 
Ucc 10 % Zcc 0,1 pu 
Icc 1 pu rcc 0,0015 pu 
Pcc 0,15 % xcc 0,1 pu 
Tabla 9: Valores ensayo cortocircuito transformador 645V/20kV 
 
Transformador 20 kV/132kV, 16 MVA 
Ucc 25 % Zcc 0,25 pu 
Icc 1 pu rcc 0,0031 pu 
Pcc 0,31 % xcc 0,25 pu 
Tabla 10: Valores ensayo cortocircuito transformador 20kV/132kV 
 
Transformador 132kV/400kV, 150 MVA 
Ucc 10% Zcc 0,1 pu 
Icc 1 pu rcc 0,0015 pu 
Pcc 0,15 % xcc 0,1 pu 
Tabla 11: Valores ensayo cortocircuito transformador 132kV/400kV 
 
En los tres casos se desprecia la parte de continua de la impedancia de 
cortocircuito, es decir, la resistencia. Como Zcc= Z1+Z2; cada arrollamiento del 
transformador tiene una impedancia Z1=Z2=Zcc/2. 
De entre los 16 nudos que tiene la red, 6 son nudos de generación PV 
(CODE=2). Éstos son los nudos que conectan los generadores que representan los 
inversores con el transformador. En dichos nudos se fija la potencia activa generada y 
la tensión de cada nudo [6]. Los nudos de demanda PQ (CODE=1) son 9. Los que 
conectan los transformadores de 645V/20 kV con el transformador de 20kV/132 kV y 
el nudo que tiene conectado la carga, que se añade en la pestaña Load. En dichos 
nudos se fija la potencia activa y reactiva. El nudo restante que conecta el 
transformador de mayor potencia con la red infinita se corresponde con el nudo swing 
o slack (CODE=3). En este nudo se fija la tensión de consigna deseada y el ángulo de 
referencia θ = 0. Este nudo al terminar el flujo de cargas generará la potencia que falte 
para cubrir la demanda más las pérdidas de la red [6]. 
 
Ester Palomo Adelantado 33 
“ Influencia de una instalación fotovoltaica en el cálculo de la potencia de 
cortocircuito en los nudos de red” 
Todas las líneas de la red presentan una impedancia ZL= 0,005+j0,015 pu. 
El resultado de la red diseñada en PSSE queda de la siguiente manera: 
 
Ilustración 9: Simulación red en PSSE 
 
Ester Palomo Adelantado 34 
“ Influencia de una instalación fotovoltaica en el cálculo de la potencia de 
cortocircuito en los nudos de red” 
5. Cálculos PSSE 
El estudio de la seguridad en las redes eléctricas es muy importante para 
asegurar una respuesta eficaz y rápida frente a cualquier anomalía que pueda ocurrir 
en el sistema. Por ello es importante la realización de un profundo análisis de la 
explotación de la red, tanto en situación de red sana como en situación de alerta o de 
una emergencia. 
5.1 Funcionamiento normal de la planta 
A continuación, se muestran 5 estudios sencillos de la red, para un 
funcionamiento normal de la planta. 
5.1.1 Caso base 
En el caso base, las tensiones de los nudos de generación PV se fijan a 1 pu. Se 
fijan también los límites de potencia reactiva de los generadores QMÁX = 0,90 Mvar y 
QMÍN = -0,90 Mvar y la potencia generada de cada uno de ellos, PGEN = 2,55 MW. El 
nudo infinite (slack) tiene una tensión fija, Vshed = 1,02 pu. La carga de demanda se 
fija en PLOAD = 50 MW y QLOAD = 15 Mvar. 
Los resultados obtenidos son los siguientes: 
 
NUDOS PV PV1 PV2 PV3 PV4 PV5 PV6 
Perfil de tensiones(pu) 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 
Reactivas grupos (Mvar) 0,193 0,114 -0,01 0,096 -0,106 -0,200 
Pérdidas P=0 MW Q=3,2 Mvar 
Tabla 12: Resultados nudos PV caso base 
 
La potencia reactiva generada por la planta fotovoltaica se muestra en la 
siguiente gráfica: 
 
 
Ester Palomo Adelantado 35 
“ Influencia de una instalación fotovoltaica en el cálculo de la potencia de 
cortocircuito en los nudos de red” 
 
Ilustración 10: Potencia reactiva generada en caso base 
 
Los valores de tensión de los nudos PQ se presentan en la siguiente tabla: 
 
NUDOS PQ T1 T2 T3 T4 T5 T6 PV GRID LOAD 
Perfil de 
tensiones (pu) 0,999 0,999 
 
1,000 0,999 1,000 1,000 0,999 0,999 1,003 
Tabla 13: Resultados nudos PQ caso base 
 
Los valores del nudo slack son: 
 
Nudo Slack INFINITE 
Perfil de tensiones (pu) 1,020 
PGEN (MW) 34,865 
QGEN (Mvar) 18,194 
Tabla 14: Resultados nudo slack caso base 
 
Los nudos PV y el slack generan la tensión que se les ha asignado previamente. 
Por otro lado, los nudos PQ varían su tensión, pero ésta siempre está en torno a 1 pu. 
Por tanto, en todos los nudos se cumplen los límites de tensión que se han fijado a -
0,95 pu y 1,1 pu. En cuanto a las potencias reactivas que generan los grupos que 
forman la planta fotovoltaica, se comprueba que todos se encuentran dentro de los 
límites de generación de reactiva (ver ilustración 10). El generador en el nudo PV1 es el 
que más reactiva genera, en torno a 0,2 Mvar y en el nudo PV6 se encuentra el 
generador que mayor reactiva consume, aproximadamente 0,2 Mvar. Todos los 
generadores se encuentran generando la potencia activa fijada 2,5 MW. Se comprueba 
que la suma de la potencia activa generada por todos los paneles fotovoltaicos es de 
2,5 MW x 6 = 15 MW y si le sumamos la potencia activa también generada por el nudo 
 
Ester Palomo Adelantado 36 
“ Influencia de una instalación fotovoltaica en el cálculo de la potencia de 
cortocircuito en los nudos de red” 
swing ( PGEN = 34,865 MW) obtenemos una potencia activa total de 50 MW, así como 
se ha fijado en el nudo de demanda load, PLOAD = 50 MW. Lo mismo ocurre con la 
potencia reactiva. La que genera el nudo swing más la de la planta fotovoltaica resulta 
en 18,281 Mvar, le restamos las pérdidas y finalmente se obtiene 15 Mvar, que es la 
demanda fijada en el nudo load. 
5.1.2 Caso 1a y 1b 
Para el caso 1a, se aumenta la tensión del nudo PV3 a 1,01 pu manteniendo el 
resto de parámetros como en el caso base. 
Para el caso 1b, se disminuye la tensión del nudo PV4 a 0,99 pu manteniendo el 
resto de parámetros como en el caso base. 
A continuación se presentan los resultados obtenidos en el caso 1a: 
En primer lugar se muestra la potencia reactiva generada por los generadores 
fotovoltaicos, ilustración 11: 
 
 
Ilustración 11: Potencia reactiva generada en caso 1a 
 
La tensión de los nudos PQ es: 
 
NUDOS PQ T1 T2 T3 T4 T5 T6 PV GRID LOAD 
Perfil de 
tensiones (pu) 1,002 1,002 
 
1,003 
 
1,000 1,000 1,000 1,001 1,001 1,003 
Tabla 15: Resultados nudos PQ caso 1a 
 
 
Los resultados obtenidos para el nudo slack en el caso a son: 
 
Ester Palomo Adelantado 37 
“ Influencia de una instalación fotovoltaica en el cálculo de la potencia de 
cortocircuito en los nudos de red” 
 
Nudo Slack INFINITE 
Perfil de 
tensiones(pu) 1,02 
PGEN (MW) 34,865 
QGEN (Mvar) 17,801 
Tabla 16: Resultados nudo slack caso 1ª 
 
A continuación se muestran los resultados obtenidos en el caso 1b. En primer 
lugar, los valores de potencia reactiva generada por la planta, ilustración 12: 
 
Ilustración 12: Potencia reactiva generada en la planta caso 1b 
 
Los valores de tensión para los nudos PQ y para el nudo slack en el caso b son: 
 
NUDOS PQ T1 T2 T3 T4 T5 T6 PV GRID LOAD 
Perfil de 
tensiones (pu) 0,998 0,999 
 
0,999 
 
0,997 0,999 0,998 0,998 0,997 1,002 
Tabla 17: Resultados nudos PQ caso 1b 
 
Nudo Slack INFINITE 
Perfil de tensiones (pu) 1,02 
PGEN (MW) 34,867 
QGEN (Mvar) 18,725 
Tabla 18: Resultados nudo slack caso 1b 
 
Observando los resultados obtenidos, se observa que ante la variación tanto de 
subida como de bajada de las tensiones de consigna de los nudos generadores el 
sistema responde con una variación del mismo tipo en las tensiones de los nudos de 
 
Ester Palomo Adelantado 38 
“ Influencia de una instalación fotovoltaica en el cálculo de la potencia de 
cortocircuito en los nudos de red” 
demanda. En el caso 1a, donde la variación de tensión del nudo PV3 aumenta, el 
sistema responde con un aumento de la tensión en los nudos de demanda. Por lo 
contrario, en el caso b, donde la variación de la tensión en el nudo PV4 disminuye, el 
sistema responde con una disminuciónde las tensiones de demanda. En todos los 
casos se mantiene constante la tensión del nudo infinite debido que este nudo tiene 
una tensión asignada por ser el slack y, por tanto, es el nudo que compensará la 
variación de tensión con un ajuste de su potencia reactiva. 
Se observa también en el caso 1a, que el grupo que aumenta su tensión, 
aumenta también su potencia reactiva generada a 6,701 Mvar para poder alcanzar la 
nueva tensión asignada y disminuye la potencia generada por el resto de grupos 
generadores. Ocurre lo contrario en el caso 1b, al disminuir la tensión, el grupo 
disminuye la generación de reactiva y aumenta la del resto de grupos generadores. 
Esta variación de potencia reactiva provoca una recirculación de potencia reactiva, que 
se ve reflejada en un aumento en las pérdidas por las líneas. 
 
Ilustración 13: Pérdidas potencia reactiva en la red casos 1 a y b 
 
En ambos casos, los generadores que han cambiado su tensión, saturan en 
cuanto a la reactiva y no son capaces de generar la necesaria para alcanzar dicha 
tensión (ver ilustración 11 y 12). El flujo de cargas, para alcanzar dichas tensiones se 
resuelve ignorando los límites de reactiva. Esto ocurre debido a la baja capacidad del 
inversor de generar reactiva. Por tanto, debido a que a frente a cualquier cambio de 
tensión se produce un cambio brusco de reactiva, es necesario el uso de elementos de 
compensación. Esto son de especial importancia durante la noche, cuando, al no ver 
tanta demanda por parte de los consumos, la tensión se eleva y los grupos 
generadores varían su reactiva. 
 
Ester Palomo Adelantado 39 
“ Influencia de una instalación fotovoltaica en el cálculo de la potencia de 
cortocircuito en los nudos de red” 
5.1.3 Caso 1c y 1d 
A continuación se estudia la influencia de aumentar y de disminuir la demanda 
en el nudo de demanda load. 
Para el caso 1c, se analiza el cambio de potencia activa de PLOAD= 200 MW a 
PLOAD= 400 MW. El resto de parámetros se mantienen como en el caso base. 
Para el caso 1d, se analiza el cambio de potencia reactiva de QLOAD= 25 Mvar a 
QLOAD= 50 Mvar. El resto de parámetros se mantienen como en el caso base. 
Los resultados para el caso 1 c de la potencia reactiva generada son: 
 
Ilustración 14: Potencia reactiva generada en caso 1c y PLOAD= 200 MW 
 
En la siguiente tabla se pueden ver los diferentes valores de tensión para los 
nudos PQ cuando la potencia activa es de 200 MW: 
 
NUDOS PQ T1 T2 T3 T4 T5 T6 PV GRID LOAD 
Perfil de 
tensiones (pu) 
0,999 0,999 0,999 0,999 0,999 1,000 0,998 0,998 0,990 
Tabla 19: Resultados nudos PQ caso 1c y PLOAD= 200 MW 
 
Los valores de tensión y de potencia del nudo slack son los siguientes: 
 
Nudo Slack INFINITE 
Perfil de tensiones (pu) 1,02 
PGEN (MW) 184,865 
QGEN (Mvar) 47,296 
Tabla 20: Resultados nudo slack caso 1c y PLOAD= 200 MW 
 
Ester Palomo Adelantado 40 
“ Influencia de una instalación fotovoltaica en el cálculo de la potencia de 
cortocircuito en los nudos de red” 
 
A continuación se presentan los resultados para el caso en el que la potencia 
activa ha aumentado hasta 400 MW. Primeramente se muestran los valores de 
potencia reactiva generada (ilustración 15) y, seguidamente los valores de tensión para 
los nudos PQ (tabla 21), junto con los resultados obtenidos para el nudo slack del 
sistema (tabla 22): 
 
Ilustración 15: Potencia reactiva generada en caso 1c y PLOAD= 400 MW 
 
 
NUDOS PQ T1 T2 T3 T4 T5 T6 PV GRID LOAD 
Perfil de 
tensiones (pu) 0,928 
 
0,929 
 
0,929 
 
0,929 0,929 0,929 0,928 0,927 0,917 
Tabla 21: Resultados nudos PQ caso 1c y PLOAD= 400 MW 
 
Nudo Slack INFINITE 
Perfil de tensiones (pu) 1,02 
PGEN (MW) 384,866 
QGEN (Mvar) 187,89 
Tabla 22: Resultados nudo slack caso 1c y PLOAD= 400 MW 
 
En el caso 1c disminuyen las tensiones en los nudos de demanda al aumentar la 
potencia activa. Además, el nudo swing es capaz de recuperar su caída de tensión con 
un aumento de potencia reactiva, permaneciendo su tensión final igual a la inicial 1,02 
pu. 
En ambos casos se observan diferencias. Como se ha comentado 
anteriormente, la tensión de los nudos disminuye. Cada vez que la demanda de activa 
es mayor la disminución es mayor. En el caso de demanda 400 MW se alcanzan niveles 
máximos de tensión de 0,93 pu, a excepción del nudo slack que cumple con el valor 
 
Ester Palomo Adelantado 41 
“ Influencia de una instalación fotovoltaica en el cálculo de la potencia de 
cortocircuito en los nudos de red” 
tensión de referencia. Todos los generadores de la planta fotovoltaica saturan y no son 
capaces de generar la reactiva necesaria para mantener su tensión de consigna a 1 pu, 
como estaba fijada en un principio (ver ilustraciones 11 y 12). Estos valores de reactiva 
se han calculado sin tener en cuenta los límites y son los necesarios para que los 
generadores fotovoltaicos puedan mantener su tensión a tensión nominal. También, el 
nudo slack aumenta el aporte de reactiva. 
Por otra parte, al aumentar el consumo en un nudo de demanda, el flujo que 
circula por las líneas aumenta, aumentando también las pérdidas. 
 
Ilustración 16: Pérdidas potencia reactiva en la red caso 1c 
 
Finalmente se presenta el caso 1d, apareciendo en primer lugar los valores de 
potencia reactiva generada por la planta (ilustración 17), los valores de tensiones para 
los nudos PQ del sistema (tabla 23) y los resultados obtenidos para el nudo slack (tabla 
24) del caso en que la potencia reactiva es de 25 Mvar. Posteriormente, se encuentran 
los mismos resultados para el caso en que la reactiva ha ascendido hasta 50 Mvar. 
(ilustración 18, tabla 25 y tabla 26, respectivamente): 
 
Ilustración 17: Potencia reactiva generada en caso 1c y QLOAD= 25 Mvar 
 
Ester Palomo Adelantado 42 
“ Influencia de una instalación fotovoltaica en el cálculo de la potencia de 
cortocircuito en los nudos de red” 
 
NUDOS PQ T1 T2 T3 T4 T5 T6 PV GRID LOAD 
Perfil de 
tensiones (pu) 0,999 
 
0,999 
 
1,000 
 
0,999 
 
1,000 
 
1,000 0,999 0,998 0,995 
Tabla 23: Resultados nudos PQ caso 1d y QLOAD= 25 Mvar 
 
Nudo Slack INFINITE 
Perfil de tensiones (pu) 1,02 
PGEN (MW) 34,868 
QGEN (Mvar) 25,838 
Tabla 24: Resultados nudo slack caso 1d y QLOAD= 25 Mvar 
 
 
Ilustración 18: Potencia reactiva generada en caso 1d y QLOAD= 50 Mvar 
 
NUDOS PQ T1 T2 T3 T4 T5 T6 PV GRID LOAD 
Perfil de 
tensiones (pu) 0,998 
 
0,998 
 
0,999 
 
0,999 0,998 0,999 0,997 0,996 0,976 
Tabla 25: Resultados nudos PQ caso 1d y QLOAD= 50 Mvar 
 
 
Nudo Slack INFINITE 
Perfil de tensiones (pu) 1,02 
PGEN (MW) 34,868 
QGEN (Mvar) 50,131 
Tabla 26: Resultados nudo slack caso 1d y QLOAD= 50 Mvar 
 
En cuanto al aumento de demanda de reactiva se concluye que las tensiones de 
los nudos de generación son menores. Cuanto mayor sea la demanda, mayor el 
descenso de las tensiones. Para el caso de demanda de 50 Mvar todos los generadores 
se encuentran saturados y sobrepasan su valor máximo de potencia (ver ilustración 
 
Ester Palomo Adelantado 43 
“ Influencia de una instalación fotovoltaica en el cálculo de la potencia de 
cortocircuito en los nudos de red” 
18). También, las pérdidas son mayores cuando se aumenta la reactiva. Se compara 
con el caso 1 c y se observa que las pérdidas de potencia son menores en el caso 1 d y 
las tensiones de los nudos mayores. Esto se explica porque, al aumentar la potencia 
activa y al aumentar ligeramente las tensiones de los nudos para poder aumentar la 
nueva reactiva requerida por el nudo load, la intensidad disminuye, y con ella las 
pérdidas por las líneas también. Por lo tanto, la potencia reactiva generada será para 
las cargas y no se consumirá en las líneas. Aún así, las pérdidas en este caso son 
mayores y las tensiones menores que en el caso base. 
 
Ilustración 19: Pérdidas potencia reactivaen la red caso 1d 
 
5.2 Estudio de contingencias 
En esta sección se estudia la influencia de la potencia de cortocircuito en los nudos 
de red cuando ocurren faltas en el sistema. 
PSSE calcula las corrientes de falta en todos los puntos del sistema. El programa 
tiene la opción de calcular las corrientes de cortocircuito frente a faltas monofásicas a 
tierra, bifásicas, bifásicas a tierra y frente a faltas trifásicas [11]. Las ilustraciones 
adjuntas a continuación muestran detalladamente cada tipo de falta: 
 
Ilustración 20: Esquema falta monofásica Ilustración 21: Esquema falta bifásica 
 
Ester Palomo Adelantado 44 
“ Influencia de una instalación fotovoltaica en el cálculo de la potencia de 
cortocircuito en los nudos de red” 
 
 
Ilustración 22: Esquema falta bifásica a tierra Ilustración 23: Esquema falta trifásica 
 
De entre los cuatro tipos de faltas mencionadas anteriormente, la falta trifásica 
es la que proporciona mayores corrientes de cortocircuito, por eso, es el tipo de falta 
que se estudia en este proyecto. Además son los únicos cortocircuitos que se 
comportan como sistemas equilibrados, es decir, todas las fases se ven afectadas de 
igual manera y las corrientes que se obtienen presentan mismo módulo y un desfase 
de ángulo simétrico de 120º . 
Para el cálculo y análisis de contingencias del sistema se utiliza la herramienta 
ASCC (Automatic sequence fault calculation), dentro de la pestaña de short circuit. Con 
ella se obtienen directamente los valores de las corrientes en el momento de la falta 
en todos los nudos de la red. La potencia de cortocircuito se obtiene mediante la 
siguiente fórmula: 
 
Ecuación 4: Potencia de cortocircuito 
 
 
5.2.1 Descripción de parámetros de red en caso de falta 
Los sistemas de energía eléctrica en su operación normal de funcionamiento 
funcionan de modo equilibrado. Con el estudio de una fase es suficiente para saber 
qué ocurre en las otras dos fases restantes, únicamente se tiene que sumar o restar 
120º a los ángulos de las tensiones e intensidades. 
Cuando ocurre algún incidente provoca que este modo de funcionamiento 
equilibrado, pase a ser desequilibrado y el estudio de una fase ya no es suficiente. Para 
ello, el método que se utiliza es el de las componentes simétricas, basado en el 
Teorema de Fortescue: “dado un sistema N-fásico, cualquier conjunto desequilibrado 
de fasores puede ser descompuesto en N-1 conjuntos de fasores equilibrados, más un 
conjunto adicional de fasores de idéntica fase” [8]. 
 
Ester Palomo Adelantado 45 
“ Influencia de una instalación fotovoltaica en el cálculo de la potencia de 
cortocircuito en los nudos de red” 
De esta manera, un sistema trifásico se descompone en tres fasores de mismo 
módulo pero con un desfase de -120º, +120º y 0º para la secuencia positiva (1), 
negativa (2) y cero (0), respectivamente. 
 
Ilustración 24: Ejemplo de descomposición de fasores en componentes de secuencia directa 
 
Cada elemento que compone el sistema eléctrico, se descompone en los tres 
circuitos monofásicos anteriores. 
 
Ester Palomo Adelantado 46 
“ Influencia de una instalación fotovoltaica en el cálculo de la potencia de 
cortocircuito en los nudos de red” 
5.2.1.1 Generadores 
 
Ilustración 25: Modelado de generadores para análisis de faltas en PSSE 
 
El generador en el monofásico de secuencia positiva se representa con una fuente 
de tensión en serie con ZSORCE. Esta impedancia puede tomar tres valores diferentes 
dependiendo del instante en que se produce la falta [9]. 
 
 
Ester Palomo Adelantado 47 
“ Influencia de una instalación fotovoltaica en el cálculo de la potencia de 
cortocircuito en los nudos de red” 
 
Ilustración 26: Corriente de cortocircuito en un Generador síncrono 
 
Tomará el valor de reactancia subtransitoria Xd” cuando interese conocer el valor 
de la corriente de cortocircuito hasta 0,1 segundos; tomará el valor de reactancia 
transitoria X’, cuando el tiempo sea de entre 0,1 segundos y 2,5 segundos. Finalmente, 
se utilizará el valor de reactancia síncrona, cuando se estudie el régimen permanente. 
 El circuito de secuencia negativa se representa con ZNEG, y toma el valor de la 
impedancia subtransitoria. Finalmente, para el circuito de secuencia cero, se utiliza 
ZZERO= 3Rg+jX0. 
En este proyecto se va a realizar el estudio de la potencia de cortocircuito tanto 
para un tiempo inferior a 0,1 segundos como para el régimen permanente. 
 
5.2.1.2 Transformadores 
Para la representación de los transformadores en el análisis de faltas, se utiliza un 
esquema u otro dependiendo de la conexión de cada transformador. En este caso 
siempre se utiliza el mismo conexionado Dyn11. 
Para los circuitos de secuencia positiva y negativa únicamente se emplea la 
impedancia del transformador en serie con el resto de elementos del sistema eléctrico. 
Sin embargo, para el circuito de secuencia cero se utiliza Connection Code 7 y se 
representa de la siguiente manera: 
 
Ester Palomo Adelantado 48 
“ Influencia de una instalación fotovoltaica en el cálculo de la potencia de 
cortocircuito en los nudos de red” 
 
Ilustración 27: Representación circuito secuencia positiva y negativa transformador 
 
 
 
Ilustración 28: Representación circuito secuencia cero transformador Dyn11 
 
5.2.1.3 Líneas y cargas 
Para el caso de las líneas y de las cargas conectadas en el sistema, se utilizarán 
impedancias en serie junto con el resto de elementos del sistema y en cada uno de los 
tres circuitos monofásicos. 
5.2.2 Impedancias de cortocircuito 
Los valores de impedancias usados en el cálculo de faltas trifásicas son las 
siguientes: 
 
Ilustración 29: Valores impedancias cálculo de faltas generadores PV 
 
Ester Palomo Adelantado 49 
“ Influencia de una instalación fotovoltaica en el cálculo de la potencia de 
cortocircuito en los nudos de red” 
 
 
Ilustración 30: Valores impedancias cálculo de faltas generador infinito 
 
 
Ilustración 31: Valores impedancias cálculo de faltas transformador 132/400kV 
 
 
Ester Palomo Adelantado 50 
“ Influencia de una instalación fotovoltaica en el cálculo de la potencia de 
cortocircuito en los nudos de red” 
 
Ilustración 32: Valores impedancias cálculo de faltas transformador 20/132kV 
 
 
Ilustración 33: Valores impedancias cálculo de falta transformador 0,645/20kV 
 
 
Ester Palomo Adelantado 51 
“ Influencia de una instalación fotovoltaica en el cálculo de la potencia de 
cortocircuito en los nudos de red” 
Para todas las líneas la impedancia a utilizar es de 0,1j pu. 
 
5.2.3 Análisis de contingencias en PSSE 
El método que sigue la herramienta ASCC consiste en resolver conjuntamente los 
tres circuitos monofásicos en que se divide el sistema eléctrico. Para ello se calcula 
primero el Thévenin equivalente en cada circuito de secuencia entre los puntos donde 
ocurre la falta, y, finalmente se obtiene un único circuito monofásico con las tres 
impedancias de Thévenin calculadas anteriormente en cada circuito. Por tanto, al final 
se tiene un único circuito equivalente a partir del cual se realizan todos los cálculos de 
contingencias. 
Para empezar con la simulación, en primer lugar se construyen las matrices de 
impedancias del sistema para poder calcular las posteriores tensiones, intensidades y 
potencias de cortocircuito. La herramienta que ejecuta las matrices en PSSE se llama 
Setup network for unbalanced solution, SEQD. 
Se tiene la opción de construir dicha matriz con la reactancia subtransitoria, 
transitoria o la síncrona. En este proyecto se utilizará tanto la subtransitoria como la 
síncrona. En la ilustración 34 y 35 se adjunta el código para la creación de ambas 
matrices: 
 
 
Ilustración 34: SEQD con reactancias síncronas caso base 
 
 
Ilustración 35: SEQD con reactancias subtransiente caso base 
 
Una vez se